Электромагнитное излучение индукционной плавильной печи

Промышленное производство характеризуется комплексом вредных и опасных факторов (шум, вибрация, электромагнитное поле, лазерное излучение, недостаточная освещенность, радиоактивность, электрический ток, пыль, вредные и ядовитые вещества, повышенное тепло, пожары, взрывы). Зачастую на человека действует несколько вредных факторов (шум и вибрация; пыль и промышленное тепло; недостаточная освещенность и электромагнитное поле и т.п.)

Металлургическое производство характеризуется комплексным влиянием вредных факторов на организм работающего. Так, при индукционном плавлении металла, диэлектрической обработке материалов, резке металла на человека воздействуют шум, вибрация, электромагнитное поле, лазерное излучение, инфракрасное излучение (тепловой поток), пыль.

Одно из вредных условий труда в металлургии наблюдается при работе на электросталеплавильных (дуговых) печах. Мощный поток электромагнитного поля излучается в рабочую зону. Человеческий организм не способен оценивать невидимые лучи неионизирующего излучения. Это усугубляет условия труда сталеваров.

При работе электросталеплавильных печей (ЭСПП) на практике отсутствуют меры защиты человека от электромагнитного поля. Поэтому весьма актуально проведение исследований по оценке уровней ЭМП от ЭСПП, локализации их и проведение технических мероприятий по снижению уровней вредных излучений.

Исследования проводили в цехе, на высоте 1,8 м (на уровне головы работника); 1,4 м (на уровне груди) работника и на высоте 1,0 (м на уровне пояса работника). Расстояние от источника ЭМП до работника составляло 0,5; 1 м; 2 м.

На АО “Казфферосталь” было проведено исследование источников электромагнитного излучения. На территории этого предприятия имеется сталеплавильный цех, в котором используются дуговые плавильные печи. Производство стали в электропечах является более совершенным способом, чем в мартеновских печах.

При плавке стали в электре печах отсутствует окислительное пламя. Металл меньше окисляется и насыщается окислами. Возможность получения более высоких температур в печах позволяет получать стали и специальные сплавы с большим содержанием легирующих элементов. Дуговые печи построены на использовании тепла электрической дуги, образующейся между графитовыми (или угольными) электродами и металлической ванной, развивающей температуру до 3500° С и выше. Питающий электрический ток подают от понижающего трансформатора по

гибкому кабелю и медным шипам к электродам.

Первичная обмотка трансформатора питается током высокого напряжения (6000-30000)В который преобразуется в ток низкого напряжения нескольких ступеней от 90 до 280 в. Мощность трансформатора в основном определяется емкостью печи. При плавке твердой шихты в зависимости от марки получаемой стали, расход электрической энергии колеблется в пределах от 600 до 950 квт*ч/т получаемого металла.

Источниками электромагнитного излучения в сталеплавильном цехе являются:

• понижающие трансформаторы ТДН -110/10
• электроды дуговой печи
• кабели, подводящие электроэнергию к дуговым печам.

Одной из задач исследования являлось изучение уровней электромагнитных полей индукционных плавильных печей.

Индукционная печь (рис. 1) состоит из индуктора, представляющего собой первичную обмотку трансформатора, и тигля, изготовленного из огнеупорного материала, в котором производится плавка стали.

Индуктор изготовляется в виде катушки из медной трубки, по которому во время плавки циркулирует вода. К индуктору при помощи гибкого кабеля или медных шин подается электрический ток от мотор-генератора. Мощность генераторов принимают от 1,0 до 0,3 кВт/кг загружаемого металла в печь. Мощность и частоту тока определяют в зависимости от емкости тигля и рода переплавляемой шихты.

Рис. 1. Схема экранирования индукционный печи ЛПЗ-2-67М

1-тигель; 2-теплоизолирующая прослойка; 3-индуктор; 4-каркас печи; 5-металл; 6-шлак;

7-индукционная печь; 8-СРЭ; 9-рабочее место

В работе для снижения уровней переменных электромагнитных полей использовали следующие мероприятия.

Уменьшение мощности излучения обеспечивается правильным выбором генератора (мощность генератора целесообразно выбирать не более той, которая необходима для реализации технологического процесса и работы устройства). В тех случаях, когда необходимо уменьшить мощность излучения генератора, для излучений радиочастотного диапазона применяют поглотители мощности, которые ослабляют энергию излучения до необходимой степени на пути от генератора к излучающему устройству.

Поглотители мощности бывают коаксиальные и волноводные Поглотителем энергии служат специальные вставки из графита или материалов углеродистого состава, а также специальные диэлектрики. При поглощении электромагнитной энергии выделяется теплота, поэтому для охлаждения поглотителей применяют охлаждающие ребра или проточную воду.

Увеличение расстояния от источника излучения. В дальней зоне излучения, т.e, на расстояниях примерно больших 1/6 длины волны излучения, плотность потока энергии (ППЭ) уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, а напряженности электрического и магнитного полей — обратно пропорционально расстоянию. Т. е. при увеличении расстояния от источника излучения в 2 раза ППЭ уменьшается в 4 раза, а напряженности (Е и Н) в 2 раза

В ближней зоне излучения при расстояниях примерно меньших 1/6 длины волны излучения напряженность электрического поля уменьшается обратно пропорционально кубу, а магнитного поля — квадрату расстояния для электрических излучателей, например для высоковольтных линий электропередач промышленной частоты. Для магнитных излучателей наоборот – напряженность магнитного поля снижается обратно пропорционально кубу, а электрического поля – квадрату расстояния. Энергия в ближней зоне не излучается.

Для источников излучения промышленной частоты длина волны λ=с/f=3*108/50= 6*106 м, т.е. человек всегда находится в ближней зоне излучения, а напряженность электрического поля быстро снижается с увеличением расстояния. Так, при увеличении расстояния в 2 раза напряженность электрического поля уменьшается в 8 раз. Наибольшее значение напряженности электрического поля высоковольтных линий электропередач имеет место вблизи крайних фазных проводов.

Заключение: исследовано электромагнитное поле плавильной индукционной печи ЛПЗ-2-67М. Разработаны защитные экраны от ЭМП. Выбраны оптимальные расстояния от экрана до источника ЭМП.